淺析多級離心式壓縮機故障停機反轉特性研究

趙大龍

摘 要：多級離心式壓縮機被稱之為空分空壓裝置的“心臟”，一旦出現故障就會因為動力因素導致出現反轉，因此本文以沈鼓2MCL456型離心壓縮機為例，對該壓縮機停機反轉特征進行分析，以此采取相應的對策消除在實際中壓縮機出現反轉之后所存在的隱患。

關鍵詞：多級離心式；壓縮機；停機反轉

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.255

0 引言

我企業所使用的離心式風風機為沈鼓2MCL456，其相對于容積式壓縮機不僅具有流量大、工藝好、結構簡單的特點，因此其在化工領域起著重要的作用，總體而言多級離心式壓縮機主要是由轉子和定子兩部分組成。具體結構見圖1。但是離心式壓縮機在實際的應用中由于瞬間發生故障會導致高壓氣體不能及時的排除，從而導致壓縮機的進出口壓力得不到平衡，從而產生氣體膨脹，最終因為推力出現反轉，一旦壓縮機出現反轉就會對各個零部件產生巨大的破壞力，影響實際生產，因此本文基于離心式壓縮機故障停機造成的反轉進行分析，以此優化設備性能。

1 沈鼓2MCL456壓縮機的工作原理及特點

沈鼓2MCL456壓縮機的結構見（圖1所示），其工作原理就是：當葉輪高速旋轉時，氣體就會隨著旋轉，并且在離心力的作用下將其甩到擴壓器中，葉輪初則會形成真空，從而保證新鮮的氣體流進，以此保證氣體的不斷循環。葉輪經過不斷地旋轉提高了氣體的壓力，從而保證了氣壓的速度，保證氣體的傳輸。沈鼓2MCL456壓縮機在實際應用中呈現出以下特點：一是離心式壓縮機的氣量大，結構筒單緊湊，重量輕，機組尺寸小，占地面積小，符合企業生產的需要；二是該離心壓縮機的機構比較簡單，易損件少、備件需用量少，運行平穩、操作簡單；三是離心壓縮機對介質可以做到絕對無油的壓縮過程，避免了二次污染；四是離心壓縮機能夠實現連續壓縮，保證氣體流動均勻，不需要級間中間罐等裝置，而且2MCL456空壓機有中間冷卻器，更利于氣體的連續壓縮。

2 離心式壓縮機故障停機反轉的產生機理

離心式壓縮機系統停機信號發出后，壓縮機首先進入惰走狀態，由于管線內部存有較多量氣體，高壓氣體從壓縮機出口通過壓縮機內部流到入口，產生了使壓縮機反轉的反向推力矩。反向推力矩與摩擦阻力矩等共同作用，使系統惰走時間迅速減少。根據現場記錄的數據，在出現反轉的情況下，離心式壓縮機系統轉速由正常工況降為零的時間少于系統壓力平衡時間。在壓縮機系統轉速降為零之后，系統各段吸入與排出壓力仍然無法達到平衡，因而反向推力依然存在，這將導致離心式壓縮機在轉速降為零后開始反轉。反轉開始后，系統首先經歷加速過程，隨著壓力的逐漸平衡，反向推力矩逐漸減小達到反向最大轉速后，離心式壓縮機進入反向惰走停機過程。系統內部壓力平衡后，在摩擦阻力矩與工藝氣阻力矩的作用下，轉速逐漸降低，直至最后系統停止運轉。

3 離心式壓縮機故障停機反轉產生的破壞

結合近些年所發生的離心式壓縮機故障停機反轉事故，其容易出現以下破壞：一是造成干氣密封系統損壞。由于我們使用的離心式壓縮機主要是采取單向旋轉式干氣密封作為軸封，基于單向干氣密封旋轉槽的設計，密封氣體只是沿著設計的方向進行旋轉槽，這樣就會形成氣膜保護，但是一旦出現故障停機就會造成出現反轉，就會導致動靜環直接接觸而發生摩擦，從而造成干氣密封出現損壞；二是由于沈鼓2MCL456壓縮機采取的是可傾瓦軸承系統，因此一旦出現反轉就會造成軸承出現故障，另外在離心式壓縮機出現故障停機之后，就會造成轉子運行的急速變化，從而導致軸承的潤滑系統出現故障，進而因為摩擦而出現燒毀的現象出現。當然其還會造成轉子葉片出現斷裂等。

4 防止離心式壓縮機故障停機反轉的改進措施

基于離心式壓縮機停機反轉所造成的影響，分析其原因主要是因為在故障停機出現時由于壓縮機進出口端的壓力處于不平衡的狀態，這樣受到高壓氣體反向推動就會形成推動力，影響各個器部件，因此可以采取以下措施對離心式壓縮機系統進行改進，以此消除壓縮機反轉所造成的隱患：

（1）壓縮機出口設置防喘振閥并將其設定為自動控制聯鎖模式，這樣就會在故障停機的第一時間內控制系統自動打開防喘振閥，將出口管線內壓力放空以平衡進出口端的壓力，避免壓縮機反轉。

（2）在壓縮機第二段出口處設置旁路管線。受到氣體流向物理因素的原因考慮，當出現故障停機之后，壓縮機各個段壓力變化會出現巨大的反差，比如高壓端的壓力平衡比較快，而低壓段的壓力平衡則比較慢，因此可以在壓縮機第二段出口處增收旁路管線，以此平衡各個管線內的壓力；另外基于反推力的作用，也可以在靠近壓縮機的一段出口處增加截止閥，避免出現高壓氣流的反向流動。

參考文獻：

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